CYFROWE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW

Transkrypt

1 POLITECHNIKA RZESZOWSKA im. I. Łukasiewicza WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych CYFROWE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW Podstawowe informacje o przedmiocie Wymiar przedmiotu: 15W +30L Prowadzący: dr inż. Robert Hanus A-204, Tel rohan@prz.edu.pl 1 WYKŁAD: Program przedmiotu Wprowadzenie do przedmiotu. Wprowadzenie do oprogramowania DASYLab. Klasyfikacja i podstawowe charakterystyki sygnałów zdeterminowanych i losowych. Analiza widmowa sygnałów przy zastosowaniu DFT/FFT oraz problemy z tym związane. Uśrednianie sygnałów w dziedzinie czasu i częstotliwości. Analiza korelacyjna sygnałów. Wprowadzenie do filtracji cyfrowej. Przykłady zastosowania analizy sygnałów w technice pomiarowej. LABORATORIUM: Wprowadzenie. Wprowadzenie do użytkowania oprogramowania DASYLab (cz. 1 i 2). Analiza widmowa sygnałów (cz. 1 i 2). Wyznaczanie parametrów statystycznych i rozkładów prawdopodobieństwa sygnałów. Uśrednianie sygnałów (cz. 1 i 2). Analiza korelacyjna sygnałów. Filtracja cyfrowa sygnałów (cz. 1 i 2). Przykłady zastosowania analizy sygnałów (cz. 1-4). Zaliczenie 2 1

2 Literatura (1) 1. Lyons R.G.: Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów. WKiŁ, Warszawa 2010 (wyd.2), 1999 (wyd.1) 2. Smith S.W.: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów, BTC (The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing. Calif. Techn. Publishing, San Diego 1999 pdf dostępny w Internecie) 3. Zieliński T.P.: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań. WKiŁ, Warszawa 2008, Owen M. Przetwarzanie sygnałów w praktyce. WKiŁ, Warszawa Bendat J.S., Persol A.G.: Metody analizy i pomiaru sygnałów losowych. PWN Warszawa Szabatin J. Przetwarzanie sygnałów, 2003 (pdf) 7. Lal-Jadziak J.: Korelacyjne metody pomiarowe i ich dokładność. Wyd. WSI Zielona Góra Hasse L. i in.: Sygnały przypadkowe, szumy. Wyd. Pol. Gdańskiej, Literatura (2) 9. Piotrowski J.: Pomiarowe zastosowana analizy sygnałów. PWN, Warszawa Beauchamp K.G.: Przetwarzanie sygnałów metodami analogowymi i cyfrowymi. WNT, Warszawa Oppenheim A.V., Schafer R.W.: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. WKiŁ, Warszawa Piotrowski J.: Procedury pomiarowe i estymacja sygnałów. Wyd. Pol. Śląskiej Hagel R., Szuta J.: Podstawy miernictwa wielkości stochastycznych. Wyd. Pol. Śląskiej, Gliwice Karrenberg U.: Signals, Processes and Systems - An Interactive Multimedia Introduction to Signal Processing, Springer 2002 (ang). Signale, Prozesse, Systeme: Eine multimediale und interaktive Einführung in die Signalverarbeitung. Springer-Verlag Berlin Heidelberg: 2010 (niem) - pdf dostępny w Internecie 15. Hagel R., Zakrzewski J.: Miernictwo dynamiczne. WNT, Warszawa Bendat J.S., Piersol A.G.: Engineering Applications of Correlation and Spectral Analysis, John Wiley, New York,

3 Zaliczenie przedmiotu Warunki uzyskania zaliczenia: - obecność na zajęciach laboratoryjnych (dopuszczalna 1 nieobecność nieusprawiedliwiona) - oddanie wszystkich sprawozdań - zaliczone wejściówki (ew. poprawkowy sprawdzian pisemny) 5 Sprawozdania z ćwiczeń laboratoryjnych Jedno na grupę (w przypadku nieobecności na zajęciach indywidualne) Termin: do następnych zajęć Wersja elektroniczna (doc, pdf) na adres: rohan@prz.edu.pl nazwa pliku: 2EADI_CPS_grupa_nazwisko np. 2EADI_CPS_L1_Kowalski (ew. wersja papierowa) 6 3

4 Cyfrowe Przetwarzanie Sygnałów (CPS) (ang. DSP - Digital Signal Processing) Przetwarzanie sygnału: przekształcenie sygnału wejściowego według zadanego algorytmu lub do żądanej postaci wyjściowej. Sygnał cyfrowy: sygnał dyskretny w dziedzinie czasu i amplitudy (spróbkowany i skwantowany). 7 Metody przetwarzania sygnałów 8 4

5 Układy analogowe Analogowe przetwarzanie sygnałów Układy analogowe bazują na elementach biernych (pasywnych): rezystorach, kondensatorach, cewkach i diodach oraz elementach wzmacniających: tranzystorach lub wzmacniaczach operacyjnych. Elementami analogowymi są w większości różnego typu czujniki wielkości nieelektrycznych, np. temperatury, wilgotności, przyśpieszenia 9 Sprzęt Cyfrowe przetwarzanie sygnałów Procesory ogólnego przeznaczenia, mikrokontrolery, procesory sygnałowe Układy logiki programowalnej ( np. FPGA) Oprogramowanie Języki programowania wysokiego poziomu (Pascal, C, C++) Języki oprogramowania specjalistycznego (LabVIEW, DASYLab, MATLAB itp.) 10 5

6 Obszary zastosowań cyfrowego przetwarzania sygnałów 11 Przykłady zastosowań cyfrowego przetwarzania sygnałów (1) - przetwarzanie sygnałów akustycznych 12 6

7 Przykłady zastosowań cyfrowego przetwarzania sygnałów (2) - medycyna - obrazowanie wnętrza ciała ludzkiego 13 Przykłady zastosowań cyfrowego przetwarzania sygnałów (3) - technika kosmiczna np. przetwarzanie obrazów 14 7

8 Przykłady zastosowań cyfrowego przetwarzania sygnałów (4) - wojsko systemy radarowe i sonarowe 15 Zalety cyfrowego przetwarzania sygnałów w stosunku do analogowego 16 8

9 Ograniczenia cyfrowego przetwarzania sygnałów zwykle nieodwracalnie zniekształca pierwotny sygnał wejściowy podczas próbkowania i kwantyzacji wprowadza efekty skończonej precyzji przetwarzania sygnałów cyfrowych (zaokrąglanie wyników obliczeń matematycznych). szybkość współczesnych procesorów DSP jest wciąż niewystarczająca do przetwarzania (w czasie rzeczywistym) przebiegów szybkozmiennych (o szerokim widmie). niekiedy opóźnienie propagacji cyfrowej może być zbyt duże w przypadku, gdy sygnał wejściowy i wyjściowy jest analogowy (podwójna konwersja). 17 CPS w torze przetwarzania sygnału 18 9